1、干扰因素优质教案设计

凤凰高中通用技术教学参考书配套教学软件_教学设计

闭环控制系统的干扰与反馈

教

材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书 通用技术（必修2）

文档内容：闭环控制系统的干扰与反馈

章

节：第四单元

控制与设计 第三节 闭环控制系统的干扰与反馈

课 时：第2课时

作 者：白银市第二中学

夏健伯

一、教学目标

1. 理解闭环控制系统的工作过程

2. 理解开环控制系统和闭环控制系统区别

二、教学重点

闭环控制系统的工作过程，绘画简单的闭环控制系统的方框图。

三、教学难点

控制器、执行器等环节的作用，闭环控制系统与开环控制系统的区别。

四、教学方法

讲授、实践、任务驱动。

五、设计思想

本节内容在《控制与设计》一单元中起到举足轻重的作用，不仅可使学生对闭环控制系统的工作原理和和过程有深刻的认识，而且对开环控制系统与闭环控制系统的比较有清晰的理解。

六、教学准备

烘箱、画架等

七、教学过程

闭环控制系统工作过程

[介绍]：闭环控制系统就是系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定。

[核心]：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。

[案例分析]：阅读书上案例

[思考设计]：家用抽水马桶是一个典型的闭环控制系统的水位控制。

[思考]：在水箱的水位控制系统中，控制量还可以有其他选择吗？为什么？

（控制量是进水阀的流量。放水、蒸发是干扰。）

闭环控制系统的特点：

（1）系统输出量对控制作用有直接影响。

（2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。

（3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。

[flash课件演示]：加热炉的温度自动控制系统：

[实物展示]：

烘箱

温度自动控制系统。首先用热电偶来代替温度计来测量温度的值，然后对温度的比较，当小于恒温箱给定时，就增大加热装置的电流；相反当大于恒温箱给定时，就减小电流。这样恒温箱就能保持给定的温度。

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加热炉的温度自动控制系统的结构图：

给定量

水位

阀门

水箱

控制器

+

-

检测装置（反馈）

小结：

闭环控制系统的特点是，控制精度较高，系统能够实时监控输出端，及时调整输入端，在生产和生活中应用广泛，主要用于各种自动化控制。

课堂实践：演示抽水马桶水位自动控制系统 目标：

抽水马桶水位自动控制系统，在家庭生活中有着广泛的应用。通过剖析抽水马桶水位自动控制系统的工作过程，使学生了解闭环控制系统的工作原理。

步骤：

1.准备或组装一套抽水马桶水位自动控制系统。

2.打开总开关、注水，注意观测浮球的位置变化和控制阀门的状态。

3.当注水停止时，观测浮球的位置和控制阀门的状态。

4.打开放水开关，水位下降，再次观测浮球的位置变化和阀门的状态。

记录分析：

1.当水位较低时，浮球位置较低，控制阀门处于导通的状态，注水开始。

2.当水位上升到一定水位时，浮球也上浮，使控制阀门处于关闭的状态。

3.当水位再次下降时，浮球下降，控制阀门处于导通的状态，重新开始注水。

结论：

1.当没有水时（水位低时），浮球较低，控制阀门打开，注水。

2.随着水位的上升，浮球上升，注水开始减小。

3.当水位到达一定位置时，浮球控制阀门关闭，停止注水。

4.当水全部冲走后，水位再次降低，控制阀门打开，重新开始注水。

方框图：

水位自动控制系统：

给定量

水位

阀门

水箱

控制器

+

-

检测装置（反馈）

闭环与开环控制系统的比较

[介绍]：

闭环控制：反馈控制，

偏差控制，可以抑制内、外扰动对被量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。

开环控制：没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。在精度要求不高或扰

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动影响较小的情况下，这种控制方式还有一定的实用价值。

[提问回答]：

能否自动调整和补偿

控制精度

结构

适用场合

开环控制系统

闭环控制系统

[讨论]：

红绿灯定时控制（开），车流量控制（闭）。

检测输出（闭），否则（开）例如自动门检测。

人工控制，自动控制，开环控制，闭环控制之间区别联系

。 [补充]：起增强输入信号作用——正反馈。

起减弱输入信号作用——负反馈。正反馈不能进行控制，会使系统的偏差越来越大。只有负反馈控制系统才能完成自动控制的任务。

负反馈控制系统最大的特点：检测偏差，纠正偏差。

[作业]演示电开水器动画，并说明控制方式